Fissão Nuclear - Física

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Em tempos de escassez de energia, discute-se a questão da utilização da energia nuclear como uma das candidatas mais fortes a se tornar a principal fonte de energia no mundo. O motivo desta preferência é a quantidade de energia que pode ser liberada por massas relativamente minúsculas quando comparada a outras formas e fontes de energia. Outra questão bastante discutida é o local onde os resultados deste processo serão armazenados.

A energia nuclear é resultado do processo de Fissão Nuclear controlada. Para compreender do que se trata este processo, é necessário que voltemos um pouco na História.

Reação nuclear por meio da fissão de um átomo de urânio. Ilustração: Peter Hermes Furian / Shutterstock.com

O processo de Fissão Nuclear começa com os trabalhos do físico inglês James Chadwick¹ em 1932. Os trabalhos deste físico culminam com a descoberta do Nêutron. Algumas semanas após sua descoberta, Enrico Fermi² e outros Físicos em Roma descobriram que se outros elementos fossem bombardeados por estas partículas, seria possível a produção de outros elementos de massa menor.

Segundo Fermi, por apresentar carga nula, o nêutron constitui-se em um projétil útil, ao contrário do próton ou da partícula – α (núcleo de Hélio) já que não sofre a ação de força elétrica quando se aproxima de uma superfície nuclear. Essa eficácia aumentaria significativamente se este nêutron fosse tratado como um nêutron térmico, isto é, nêutron em equilíbrio térmico com a matéria.

Pode-se mensurar a energia de um nêutron a partir da Lei de Joule para um gás perfeito que pode ser representada matematicamente pela expressão:

k é a constante de Boltzman e T é a temperatura ambiente (27°C).

Em 1939, os químicos alemães Otto Hahn e Fritz Strassmann fizeram sua descoberta mais espetacular. Descobriram a fissão do urânio e tório e os primeiros trabalhos sobre esse tema apareceram em 6 de janeiro e 10 de fevereiro de 1939, em Naturwissenschaften. No entanto, uma pergunta persistia: Como poderia um elemento de massa intermediária ser produzido pelo bombardeio de, por exemplo, Urânio com nêutrons?

Após algumas semanas, Lise Meitner³ e seu sobrinho Otto Frisch resolveram o enigma. Mostraram que o núcleo de Urânio absorvia o nêutron e poderia se separar em duas partes aproximadamente iguais.

O processo pode ser simplificado da seguinte forma:

²³⁵U + n⁰ → ²³⁶U^* → x + y + bn

- ²³⁶U^* é Urânio com núcleo composto;

- x e y são fragmentos da fissão;

- b é o número de nêutrons liberados no processo.

Um exemplo do processo:

²³⁵U + n⁰ → ²³⁶U^* → ¹⁴⁰Xe + ⁹⁴Sr + 2n

Contudo, após esta fissão, os fragmentos iniciam um processo de decaimento⁴ até se tornarem elementos estáveis. O ¹⁴⁰Xe se torna Césio e o ⁹⁴Sr se torna Zircônio.

A quantidade de energia liberada durante os processos de fissão nuclear pode ser multiplicada milhares de vezes se o resultado de uma fissão nuclear acionar outra fissão e assim sucessivamente em milhares de fissões. A esse fato chamamos de reação em cadeia. Controlando-se o número de nêutrons produzidos e a quantidade de ²³⁵U, pode-se controlar a taxa de fissão ao longo do tempo. Cabe salientar que a fissão do núcleo raramente ocorre de forma espontânea na natureza.

Sobre esta questão, um dos grandes medos que assombra algumas nações é a obtenção de Urânio por parte de outras. O medo reside no fato de que o urânio é mais conveniente para uso como combustível já que é grande a quantidade de energia liberada por esse elemento ao se fissionar.